Apache HTTP Server（四）－－缓存

发布时间：2014-09-05 16:07:56作者：知识屋

三状态的RFC2616 HTTP缓存

HTTP协议包含了内建的对内联缓存机制的支持。mod_cache模块被用来利用这个机制。

与简单的双状态键／值缓存（内容过期后会消失）不同，HTTP缓存引用了一个机制来更新过期的内容。一个HTTP缓存项有三种状态：

Fresh：不超过保鲜期（freshness lifetime），新鲜的缓存会被直接返回而不调用原始服务器。

Stale：超过保鲜期，在返回给客户前，需要和原始服务器联系来核查该内容是否仍然新鲜。如果过期则需要从原始服务器得到更新的内容。核查完毕后，内容重新被标记为新鲜的状态。在一些特殊情况下，服务器也可以向客户返回过期内容。比如原始服务器返回5xx错误，或另一个请求正在更新给定的内容。这些情况下，响应里会加入Warning头部。 www.zhishiwu.com

Non Existent：当缓存满时，它可以删除新鲜的或是过期的缓存来腾出空间。它可以发生在任何时候。

根据QuickCacheHandler的值（on／off），mod_cache模块可以在两个可能的时间与服务器挂钩：

Quick handler phase：在请求处理期间，就在请求被解析后的非常早的阶段。如果在缓存中发现内容，则立即返回，从而几乎所有的请求处理都被绕过。这种模式提供了最快速的性能，因为主要的服务器处理都被绕过了。但它同样绕过了身份验证（authentication）和授权（authorization）。

Normal Handler phase：发生在请求处理的晚期，在所有请求阶段完成后。这种模式提供了最大化的灵活性，因为缓冲可以潜在发生在过滤链里的被精确控制的点上，同时缓存的内容在返回给用户前可以被过滤或个性化。

如果没有在缓存中找到URL，mod_cache会向过滤栈加上一个过滤器，然后退居二线，让普通的请求处理继续执行。如果内容会认定为可缓存，那么内容会被保存以便下次服务，否则内容会被忽略。

如果在缓存中找到过期的内容，mod_cache模块把请求转换成conditional request。如果原始服务器返回普通的响应，该响应被缓存以代替过期的内容。如果原始服务器返回304 Not Modified响应，那么缓存被重新标记为新鲜，过滤器把缓存返回而不保存它。

如果一个虚拟主机有许多别名，那么把UseCanonicalNames设置为on会极大地提升缓存命中率。这是因为主机的名字被用作缓存的键，这个设置会避免主机产生不同的缓存项。

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规范格式的要缓存的内容应该使用Cache-Control头的max-age或s-maxage域，或包含一个Expires头部来声明一个显式的保鲜期。同时，服务器定义的保鲜期可以被客户请求里的Cache-Control头部覆盖。这种情况下，请求和响应之间更短的保鲜期被使用。

当请求和响应都没有指明保鲜期时，默认的保鲜期被使用。默认情况下它为一小时。CacheDefaultExpire指令可以修改这个值。

如果响应提供了Last-Modified头部但没有提供Expires头部，mod_cache会基于CacheLastModifiedFactor指令的控制对其作出推断。

对于本地内容，或者没有定义自己Expires头部的远程内容，mod_expires可能被用来通过加入max-age和Expires来调整保鲜期。

最大的保鲜期也可以使用MaxCacheExpires来控制。

如果服务器被设计为基于请求里不同的头部作出不同的响应，比如对于相同URL的支持多种语言，那么HTTP的缓存机制缓存相同URL的相同页面的各种变体。这通过在原始服务里加入一个Vary头部来完成，它指明哪些头部用来区别不同的变体。比如：

Vary: negotiate,accept-language,accept-charset

这时只有在accept-language、accept-charset匹配原始请求时，mod_cache才会使用缓存的内容。

内容的多个变体可以同时存在，moc_cache使用Vary头部已经Vary列出的请求头部的相应的值来决定向客户返回哪种变体。

moc_cache依赖于后端存储实现来管理缓存，而moc_cache_disk用来支持到磁盘的缓存。通常模块被配置为：

CacheRoot "/var/cache/apache/"

CacheEnable disk /

CacheDirLevels 2

CacheDirLength 1

值得注意的是，由于缓存存在本地，操作系统的内存缓存也会应用。所以虽然它们存在磁盘上，但如果它们经常被访问，那么它们很可能会从内存中获得。

双状态的键／值共享对象缓存

Apache HTTP服务器提供了低层共享对象缓存，表示如SSL会话，身份凭证的缓存信息，使用socache接口。

每种实现都提供了额外的模块，提供了以下后端：

mod_socache_dbm：基于DBM的共享对象缓存；

mod_socache_dc：基于分布式会话缓存（discache，Distributed session caching）的共享对象缓存； www.zhishiwu.com

mod_socache_memcache：基于分布式内存缓存（memcache）的共享对象缓存；

mod_socache_shmcb：基于共享内存（shared memory）的共享对象缓存。

mod_authn_socache模块允许身份验证的结果被缓存，缓解验证后端的负载。

mod_ssl模块使用socache接口提供会话缓存和stapling缓存。

特殊文件缓存

在文件系统很慢、或文件处理很耗时的平台上，存在选项在启动时预加载文件到内存。在打开文件很慢的操作系统上，存在选项在启动时打开文件并在内存中缓存句柄。这些选项对访问静态文件很慢的系统很有帮助。

打开文件本身就会造成延迟，特别是网络文件系统。通过为通用文件缓存打开文件的描述符，httpd可以避免这个延迟。httpd当前提供了File- Handle Caching的一个实现，由mod_file_cache提供。它维护了一张文件描述符的表，而不是缓存文件内容。在配置文件里使用CacheFile 指令来指定这种方式的缓存。这个指令告诉httpd启动时打开文件，并在后续对这个文件的访问都重用这个文件句柄。比如：

CacheFile /usr/local/apache2/htdocs/index.html

虽然CacheFile使文件本身不被缓存，但这也意味着httpd运行时文件的修改或删除都不会察觉，服务器始终用的是启动时打开的文件内容。

从系统内存作出响应的最快的方式。从磁盘甚至是远程网络读取文件会级数级地变慢。

操作系统缓存由操作系统自动完成。而mod_file_cache提供了MMapFile指令把静态文件的内容在启动时映射到内存里，比如：

MMapFile /usr/local/apache2/htdocs/index.html

和CacheFile一样，在httpd启动后文件的修改不会被察觉。

由于内存有限，不要过度使用MMapFile。每个httpd的子进程都会复制这块内存，所以要确定映射的文件不能太大，以致于系统交换内存。 www.zhishiwu.com

安全考虑

在默认状态下，QuickCacheHandler被设置为on，mod_cache无法知道被缓存的内容是否被授权，只要缓存未过期，它就会返回缓存的内容。我们可以使用CacheDisable指令或mod_expires来避免缓存。

当QuickCacheHandler被设置为Off时，完成的请求处理被执行，而安全模型保持不变。

因为发给终端用户的请求可以从缓存中得到响应，所以缓存本身变为那些希望丑化和干涉内容的人的目标。很重要的一点是我们必须忍受缓存一直对运行httpd的用户是可写的。这和我们提倡的完全相反：保持内容对Apache用户是不可写的。

如果Apache用户让步，比如通过CGI处理的缺陷，那么缓存可能会成为目标。当使用mod_cache_disk时，插入和修改缓存项要相对容易。